【趣味笔记】从华为Mate60的配置来认识下UFS4.0

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前言

华为Mate60 Pro在没有发布会的情况下突如其来，通过网上一些拆解视频可知华为Mate60 Pro使用的是SK海力士的内存和闪存，规格分别为LPDDR5X和UFS 4.0。

我们回顾下存储设备的分类，大致如下：

电脑上：从HDD 到SSD，从SATA SSD到PCIe SSD，硬盘是越来越快；
手机上的存储设备：从SD卡，到eMMC卡，最终到UFS卡，存储卡的速度可谓越来越快。大部为手机配备的都是eMMC，想要买到配备UFS的手机，只有中高端的，尤其是旗舰高端手机才有。

UFS由来

📢：UFS的概念：Universal Flash Storage，意为“通用闪存存储”，是一种用于移动设备和消费电子产品的闪存存储器标准、接口。它具体有两个含义：

1、指手机存储接口协议，类似SATA，PCIe/NVMe；
2、使用该协议的存储设备。

📢：UFS的由来：UFS是由存储芯片制造商联盟JEDEC（Joint Electron Device Engineering Council）制定的一种闪存存储器标准，这个组织也称为固态技术协会。

UFS版本

我们都知道eMMC，Embedded Multi Media Card，和UFS一样，也是JEDEC制定的移动存储协议，它是UFS前一代协议标准，目前已经停止发布新的版本，因此最新版的就是5.1，下面这张图可知，其读写速度仅为400M每秒，只能与UFS2.0掰掰手腕，没有对比真的就没有伤害，其实我们平时用的都是eMMC，对比之后才发现原来它的速度实在是慢。
UFS标准的首个版本，即UFS1.0是于2011年发布，因此可以说UFS的概念和技术是在那时提出和发明的。2020年，JEDEC发布了UFS3.1；2021年，JEDEC发布了UFS4.0。

目前UFS最新版本为4.0，其速度相比上一代的3.2有了明显的提升，所以在每一个大版本的升级下，其读写性能的提升就尤为明显，比如从2.0到3.0。所谓美女配英雄，因此可以想象，如果手机上搭载了UFS4.0的存储设备，相应的SoC运行速度也是较为亮眼的存在，华为Mate60pro就是如此。我们都知道去年发布的50pro采用的是3.0UFS，因此此次的Mate60可谓是风光无限。

UFS特点

以下是UFS的一些关键特点：
📢：1.高性能

UFS提供了高速的数据传输速度，可达到吉比特级别的传输速率。它采用高速串行接口，实现了快速的读写操作，支持多通道操作以提高并发性能。eMMC 5.1的理论最大读取速度可达到400 MB/s，最大写入速度可达到200 MB/s。

📢：2.大容量

UFS支持多个存储芯片的并行操作，从而实现了高容量的存储解决方案。它的容量范围从几十GB到几TB不等。UFS3.1和UFS4.1标准支持更大的存储容量。目前市面上的UFS存储器可以提供高达1TB的容量，足以满足日益增长的数据存储需求。

📢：3.低功耗

UFS在设计上考虑了低功耗，以满足移动设备等电池供电应用的需求。它支持快速进入和退出休眠状态，以降低待机功耗，并优化了数据传输算法以降低活动功耗。

📢：4.可靠性

UFS提供了高度可靠的数据完整性保护和错误检测与纠正（ECC）功能，以确保存储数据的可靠性。它还支持高级闪存管理功能，如坏块管理和写入放大抑制，以延长存储器寿命并提高可靠性。

📢：5.兼容性

UFS具有较高的兼容性，可以与现有的存储接口标准（如eMMC）和文件系统兼容。这意味着现有的设备可以通过简单的硬件和软件更新来支持UFS存储。 总的来说，UFS是一种高性能、高容量和低功耗的闪存存储器解决方案，适用于移动设备和消费电子产品。

为什么UFS速度比eMMC快？

UFS采用了高速的串行通信接口，可以实现更高的读写速度和数据吞吐量。相比之下，eMMC采用的是并行通信接口，速度相对较低。

👍 1、数据传输方式不同。UFS采用差分串行传输，而eMMC使用的是并行数据传输。

串行优势：可以使用更快的时钟（时钟信息可以嵌在数据流中）；
差分优势：即用两根信息线上的电平差表示0或者1。与单端信号传输相比，差分信号抗干扰能力强，能提供更宽的带宽（跑的更快）。
并行劣势：因为一旦时钟上去，干扰就变大，信号完整性无法保证。

所有的高速传输总线，如SATA、PCLe、SAS、都是串行差分信号。

打个比方，假设用两个信号线上电平差表示0和1，具体来讲，差值大于0，表示1，差值小于0，表示0.如果传输过程中存在干扰，两个线上加了近乎同样的大小的干扰电平，两者相减，差值几乎不变。但对于单端信号传输来说，就很容易受干扰，比如0-1V表示0,1-3V表示1，一个本来是0.8V的电压，加入干扰，变成1.5V，相当于0变成1，数据就出错了。串行差分信号抗干扰能力强，因而可以用更快地速度进行数据传输，从而能提供更宽的带宽了。

👍 2、工作模式不同。UFS采用全双工的工作模式，就是读写可以并行，而eMMC是半双工的工作模式，读写不能同时进行。

👍3、数据传输通道数不同。UFS和PCLe一样，支持多通道数据传输，目前最多支持两个通道。多通道可以让UFS在成本、功耗和性能之间做取舍。

UFS的组成

UFS卡作为一种高性能、高可靠性的存储卡，其内部组成主要由UFS主控芯片、存储芯片和接口等部分组成，以实现快速的数据存储和读写操作，并与主机设备进行可靠的通信。UFS存储芯片内部封装了UFS控制器和闪存阵列。

UFS卡主要由以下几个组成部分构成：
1、UFS主控（UFS Controller或称为主控芯片）

主要负责管理和控制卡内的存储芯片以及与主机设备之间的数据传输和通信

2、闪存控制器（Memory Controller）

存储器控制器是UFS芯片中的核心组件，负责管理和控制存储器的读写操作。它接收来自主机设备的指令，解析和执行这些指令，并管理数据的缓存和传输。

3、发送/接收接口（Transmitter/Receiver Interface）

这些接口电路负责与主机设备进行通信，处理和调整数据的传输速率和电信号。

4、控制器处理器（Controller Processor，可选）

一些较高级的UFS芯片可能集成了控制器处理器，用于执行更复杂的存储控制和管理功能。这些处理器可以协助存储器控制器执行错误检测和纠正、数据压缩和加密等任务。

5、闪存存储芯片（Flash Memory Chips）

UFS芯片中的闪存存储芯片是用于实际存储数据的部分，通常是基于NAND Flash技术制造的，具有快速的数据传输速度和较大的存储容量。

6、外壳和连接器

UFS卡通常采用坚固的外壳和合适的连接器，以提供保护和方便的插拔接口。